C++ Range詳解

一、什麼是C++ Range？

C++ Range是一個用於處理序列的庫，它提供了一種簡單且通用的方式來對序列進行操作。C++ Range提供了許多方便的、易於使用的操作，例如篩選、映射、排序、分組等等。C++ Range庫在STL的基礎上進行了擴展，提供了更加直觀和易於使用的API。

下面是使用C++ Range庫的一個簡單示例：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    auto even_vec = vec | ranges::view::filter([](int i) {
        return i % 2 == 0;
    }); // 篩選出偶數

    auto doubled_vec = even_vec | ranges::view::transform([](int i) {
        return i * 2;
    }); // 將偶數乘以2

    for (const auto& i : doubled_vec) {
        std::cout << i << " "; // 輸出 4 8
    }
    
    return 0;
}

二、C++ Range的基本用法

使用C++ Range庫，我們可以通過流水線的方式對序列進行處理。流水線由一系列的操作（view）組成，每次操作都會返回一個新的視圖（view），而不會修改原有的序列。這種操作方式可以避免頻繁的拷貝，降低程序的開銷。

下面是C++ Range庫的一些基本用法：

1. 篩選（Filter）

ranges::view::filter函數可以用於篩選序列中符合條件的元素。該函數的參數為一個lambda表達式，表示篩選條件。例如：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};

auto even_vec = vec | ranges::view::filter([](int i) {
    return i % 2 == 0;
}); // 篩選出偶數

2. 映射（Transform）

ranges::view::transform函數可以用於對序列中的每個元素進行映射。該函數的參數為一個lambda表達式，表示映射方式。例如：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};

auto doubled_vec = vec | ranges::view::transform([](int i) {
    return i * 2;
}); // 將每個元素乘以2

3. 排序（Sort）

ranges::actions::sort函數可以用於對序列進行排序，它會改變原有的序列。該函數可以接受一個可選參數，表示排序方式。例如：

std::vector vec = {5, 3, 1, 4, 2};

ranges::actions::sort(vec); // 排序，默認方式為遞增排序

ranges::actions::sort(vec, std::greater()); // 排序，遞減排序

三、C++ Range庫的高級特性

1. 元素訪問器（Range Adaptor）

C++ Range庫提供了許多常用的元素訪問器，可以用於對序列進行操作。下面是一些常見的元素訪問器：

• ranges::view::take：獲取序列中的前n個元素
• ranges::view::drop：刪除序列中的前n個元素
• ranges::view::slice：獲取序列中的一段子序列
• ranges::view::join：合併多個序列為一個序列
• ranges::view::group_by：按照某個條件對序列進行分組

2. 延遲求值（Lazy Evaluation）

C++ Range庫使用延遲求值的方式來提高程序的效率。延遲求值是指在鏈式操作的過程中僅僅對所需要的部分進行計算，而不是對整個序列進行計算。例如：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};

auto even_vec = vec | ranges::view::filter([](int i) {
    return i % 2 == 0;
}); // 篩選出偶數

auto doubled_vec = even_vec | ranges::view::transform([](int i) {
    return i * 2;
}); // 將每個元素乘以2

auto first_element = doubled_vec.front(); // 只計算第一個元素，其他元素並未計算

3. 惰性容器（Range Generator）

除了對序列進行操作之外，C++ Range庫還提供了一些惰性容器，可以用於生成序列。這些容器通常是無限序列，可以用於生成隨機數、無限遞歸序列等等。

下面是幾種常見的惰性容器：

• ranges::views::single：生成只包含一個元素的序列
• ranges::views::ints：生成一個遞增的整數序列
• ranges::views::generate：生成一個無限序列，其中每個元素都是通過調用給定的生成函數得到的

下面是使用惰性容器生成序列的一個簡單示例：

auto inf_seq = ranges::views::ints(1) | ranges::view::transform([](int i) {
    return i * 2;
}); // 生成一個無限序列，其中每個元素都是前一個元素的兩倍

auto first_five = inf_seq | ranges::view::take(5); // 取前五個元素

for (const auto& i : first_five) {
    std::cout << i << " "; // 輸出 2 4 6 8 10
}

四、總結

本文介紹了C++ Range庫的基本用法和高級特性，包括元素訪問器、延遲求值和惰性容器等等。使用C++ Range庫可以避免頻繁的拷貝和修改原有的序列，提高程序的效率。C++ Range庫的API簡單、直觀，易於使用。